巨噬细胞与糖尿病的研究进展

张宪 刘晓颖

DM是一种代谢综合征，是以高血糖为特征的低度全身性炎症，可导致老年人全因死亡率增加。T2DM被认为是一种自身炎症性疾病，这部分病人的胰岛存在炎症反应，表现为淀粉样蛋白沉积、纤维化、B细胞死亡增加、巨噬细胞浸润以及炎症和趋化因子水平升高［1］，巨噬细胞在其中发挥了巨大作用。在T2DM病人和大多数DM动物模型中已经观察到有胰岛相关性巨噬细胞增多。高脂喂养的小鼠模型在DM发生前，即可检测到胰岛中的巨噬细胞数量有不同程度的增加［2］。

巨噬细胞是固有免疫细胞，广泛存在于人体各组织中，其能够根据局部微环境的变化，调整表型以适应功能特性的能力，称为可塑性［3］。根据刺激物的不同，巨噬细胞分为经典活化巨噬细胞（M1型）和替代活化巨噬细胞（M2型）。M1型具有促炎作用，M2型具有抗炎和免疫调节作用。这两种巨噬细胞的相继出现可以保护机体免受病原体入侵并且在恰当的时机终止炎症并修复组织［4］。在DM病人体内，M1巨噬细胞极化和促炎细胞因子表达增加，而M2巨噬细胞极化和抗炎细胞因子表达降低。其中M1／M2巨噬细胞的比例失调在糖尿病肾病（DN）、糖尿病心肌病、糖尿病神经病变（DPN）等疾病中发挥主要作用。在DM病人中，由于M1型巨噬细胞占主导地位，处于促炎状态，分泌IL⁃1β、TNF⁃α和单核细胞趋化蛋白⁃1（MCP⁃1）等促炎性细胞因子，导致炎症浸润，其中IL⁃1β通过激活NF⁃κB通路和其他炎症介质，如TNF⁃α和IL⁃1β本身，产生一个“正反馈”，使越来越多的炎症介质和细胞被激活，长时间后形成纤维化，参与肾功能衰竭、心力衰竭、神经传导障碍等病理过程。另外，组织炎症可能不仅仅是细胞衰竭和胰岛素抵抗的基础，也可直接参与DN、视网膜病变和心血管疾病的发病过程。

1 巨噬细胞与DN

DN仍然是目前DM最严重的并发症之一，也是老年人终末期肾病的主要原因。DM病人的肾脏活检分析证实，DN各阶段肾小球和肾间质中均存在巨噬细胞，说明巨噬细胞和肾脏炎症与DN有关。王东等［5］的研究显示，DM的高糖环境通过激活NF⁃κB信号通路，产生大量炎症因子，促进巨噬细胞迁移、活化和聚集，引发肾损伤，参与肾脏疾病的进展。也有研究表明，发生DN时，巨噬细胞不仅参与炎症反应，而且炎症浸润的强度与随后肾功能下降的速率呈正比［6］。巨噬细胞的聚集激活引起肾小球和肾小管损伤、蛋白尿、血浆肌酐升高、肾脏纤维化和巨噬细胞趋化因子的肾脏表达［7］。老年DM病人血糖波动较大，可引发巨噬细胞糖酵解和M1极化，从而引起炎症因子的释放，这些作用与DN的恶化密切相关。

巨噬细胞也是TNF⁃α的重要来源。动物实验已经证实，DN动物肾脏中的TNF⁃α水平升高，且条件敲除巨噬细胞中的TNF⁃α，DN诱导模型中TNF⁃α表达被完全阻断，说明TNF⁃α在DN的发展中发挥着关键作用［8⁃9］。M1与DN的发生发展有相关性，研究已经证明，巨噬细胞环氧合酶⁃2（Cox⁃2）缺失的小鼠，表现为M1极化增加，并参与肾脏损伤［10］。DN向肾衰竭进展的关键是肾脏纤维化，DN病人肾皮质间质纤维化分级与活检时的血清肌酐浓度呈正相关。由于细胞成分的改变和巨噬细胞的增加，促使间质纤维胶原蛋白增多，因此，巨噬细胞作为纤维化诱导剂，在DN纤维化的发生和进展中的作用也不可忽视。通过使用能够减少巨噬细胞在DM病人肾脏中积累的药物，减少巨噬细胞的募集，改善肾功能和肾脏纤维化，对DN的治疗有指导意义［7］。相关动物模型也显示，通过巨噬细胞的消耗和（或）破坏巨噬细胞募集，可以减少肾脏中巨噬细胞的积累，从而减轻肾脏损伤［11］，推测靶向调节巨噬细胞可能是抑制DN进展的新疗法。巨噬细胞有机会成为人类肾脏疾病的治疗靶点或工具。

2 巨噬细胞在糖尿病心肌病中的作用

糖尿病心肌病最初的特征是心肌细胞纤维化、心脏重塑和相关的舒张功能障碍，随后是收缩功能障碍，并最终发展为心力衰竭。糖尿病心肌病的发病率很高。有研究发现，在相关致病因素已被控制的情况下，将DM作为唯一变量，仍能观察到DM病人心力衰竭的发生率升高，男性和女性心力衰竭的发生率分别是非DM组的2倍和5倍［12］。而在老年T2DM病人中，心力衰竭的发生率比非DM者高近2倍［13］。应用心脏彩色多普勒超声检查发现，在T1DM或T2DM病人中，心脏舒张功能障碍的检出率为40%～75%［14］，这些病人最终都会进展为心力衰竭。

巨噬细胞是稳定状态下驻留在心脏组织中的主要免疫细胞。DM病人体内的高糖及慢性炎症环境，使巨噬细胞除了数量增多外，M1型与M2型的比例也会失调。由于M1型巨噬细胞明显增多，使心肌细胞处于促炎状态，导致心肌细胞肥大以及心肌间质纤维化，加重心脏重塑，最终走向凋亡。在糖尿病心肌病中，经常观察到心肌纤维化增加，进而影响心脏收缩和舒张功能，出现失代偿表现。高糖状态下，病人的巨噬细胞中可观察到显著增加的IL⁃1β和TNF⁃α［15］，而且M1型巨噬细胞更易受到蛋白质糖化和晚期糖基化终产物（AGE）的影响［16］，进一步激活NF⁃κB信号通路，形成“正反馈”，产生大量的促炎介质，进而加重DM病人心肌的炎症损伤，使心功能恶化［14］。在骨形态发生蛋白（BMP）⁃7（一种单核细胞极化的新介质）存在的情况下，浸润的单核细胞会极化成有益的M2巨噬细胞。相关研究显示，M2巨噬细胞可通过分泌IL⁃10来减轻炎症反应，从而抑制炎症并保护DM前期心脏，减少心肌细胞凋亡、纤维化和心脏功能障碍，这是糖尿病心肌病的其中一种治疗方向［17］。

3 巨噬细胞在DPN中的作用

DPN可累及感觉、自主和运动神经系统，其发病机制与微循环障碍、代谢紊乱、营养缺乏等多因素有关。DPN患病率约为30%，多达50%的DM病人最终会在其病程中发展为DPN［18］。DPN引起的不可逆性神经纤维损伤会引发肢体疼痛、心律失常、血管动力学异常及胃轻瘫，严重影响病人的生活质量和幸福指数，甚至引发抑郁。其中慢性疼痛在DPN中的治疗十分困难，最终可能发展为持续疼痛状态。

研究者推测，某种巨噬细胞可以浸润到脊髓中，增加DM引起的痛觉异常，加重DPN的疼痛进展［19］。巨噬细胞炎症蛋白⁃1（MIP⁃1）家族、趋化因子3（CCL3）和CCL9可能是参与DPN发展的重要因素，趋化因子受体（CCR1）的药理学阻断与吗啡联合给药可能是治疗DPN的一种新方法［20］。

巨噬细胞极化与DPN也存在相关性。通过流式细胞术测试M1比率，将CD11c和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）作为M1巨噬细胞的标记物，结果发现与DM病人相比，DPN病人中CD11c和iNOS的表达显著上调，提示M1巨噬细胞极化可能与DPN的进展有关［21］。最近的一项研究表明，M1巨噬细胞极化也增加了TNF⁃α、IL⁃1β和IL⁃6的水平［22］，进一步加重DPN发展。在炎症反应中，巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）可以引起巨噬细胞停滞，使得TNF⁃α和IL⁃6与基础循环浓度下的其他细胞因子相比升高1000倍，进而引起相应的促炎反应，加重全身的低度炎症。DM病人高血糖的情况下，积累的AGE会破坏表皮内神经纤维（IENF）而引起疼痛［23］。正常情况下，乙二醛酶Ⅰ（GLO⁃Ⅰ）存在的乙二醛酶系统对AGE的前体有解毒作用，进而可以减少体内的AGE来减轻疼痛。该观点在野生型DM与敲掉GLO⁃IDM诱导型小鼠的模型中已经得到证实，并且证明GLO⁃Ⅰ可以预防DPN［24］。同样MIF也可以通过抑制GLO⁃Ⅰ导致DPN疼痛加重［25］。Ren等［26］研 究 发 现，HCG18／miR⁃146a／TRAF6轴在DPN进展中至关重要，认为HCG18基因可能是DPN的一个潜在治疗靶点。

4 巨噬细胞与肥胖在DM中的作用

肥胖作为主要的健康问题之一，与高血压、心脏病、脑血管病、代谢综合征甚至肿瘤等疾病有关，特别是与DM的关系尤为密切。肥胖不仅与T2DM的发病机制有关，还会促进DM合并症发生。腹型肥胖与全身低度炎症相关，在脂肪组织、肝脏、肌肉和胰腺中均观察到了巨噬细胞和其他免疫细胞的浸润［27］。在肥胖和DM的动物模型中以及代谢综合征或T2DM的肥胖者身上，也可以观察到巨噬细胞在组织中增多［28］。这些低度炎症与细胞群从抗炎到促炎的转变有关，会导致胰岛素抵抗和代谢紊乱［27］。

脂肪组织可以通过分泌细胞因子调节代谢，浸润免疫细胞，促进炎症。而炎症又是维持肥胖、促进胰岛素抵抗和代谢综合征的主要驱动因素。脂肪组织中的巨噬细胞参与协调炎症的过程。巨噬细胞具有可塑性，可以快速适应微环境变化，当营养摄入过量时，脂肪细胞从多聚代谢转变为生成代谢。然而，当胰岛素抵抗导致脂肪生成受损时，脂肪组织被促炎巨噬细胞浸润，导致脂肪因子和促炎介质的过量产生，其中就包括了TNF⁃α、IL⁃1β和IL⁃6等，引起代谢功能障碍。

肥胖导致巨噬细胞在小鼠和人类的脂肪组织中渗透，同时巨噬细胞发生极化，从以M2型为主转为以M1型为主。肥大的脂肪细胞本身会产生促炎细胞因子和趋化因子，导致巨噬细胞募集，而脂肪组织中的巨噬细胞又反过来对促炎状态发挥作用，巨噬细胞的聚集与肥胖程度相关，并与全身炎症、胰岛素抵抗、代谢综合征有关。体质量减轻可使脂肪组织巨噬细胞数量减少，相应的促炎标志物的表达也减少。因此，肥胖诱导的脂肪组织巨噬细胞的募集和激活在胰岛素抵抗和T2DM的发病机制中起着关键作用。一些动物模型表明，运动训练可能会诱导脂肪组织中M1巨噬细胞向M2巨噬细胞的表型转换［29］。通过药物或营养干预阻断促炎巨噬细胞极化也是治疗肥胖的一种策略。McArdle等［30］发现膳食脂肪酸，维生素C、D和E以及多酚是巨噬细胞促炎特性的调节剂。降糖药物中的钠⁃葡萄糖协同转运蛋白（SGLT）2抑制剂也可以通过调节巨噬细胞募集和M1／M2状态在肥胖诱导的脂肪组织炎症和胰岛素抵抗中起关键作用［31］。研究表明，线粒体ROS依赖的Fgr复合物Ⅱ激活，对诱导巨噬细胞代谢重组至关重要，与促炎激活相关［32］。线粒体ROS⁃Fgr⁃复合物Ⅱ轴作为调节促炎巨噬细胞激活的潜在靶点，可以减轻炎症驱动性肥胖和其他有害过程，有望成为治疗DM的一种新思路。

综上所述，中国老年人DM患病率高，并发症多，较难治愈，影响老年人的晚年生活质量。巨噬细胞与DM关系密切，其在体内的变化可以预测DM前期的发生，及早的干预有助于延缓病情，延长病人寿命。巨噬细胞通过极化、促进体内慢性炎症状态进一步促进DM的发展，在DM中的作用不可忽视。从巨噬细胞及免疫微环境角度来控制DM的发生发展，针对巨噬细胞表型进行干预，将M1型巨噬细胞的促炎状态诱导为M2型的抗炎状态，可能是阻止DM及其并发症的一个新方向。